KR101436146B1 - Catalyst system for producing acrolein from glycerol and the method of producing acrolein by using said catalyst system - Google Patents

Catalyst system for producing acrolein from glycerol and the method of producing acrolein by using said catalyst system Download PDF

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Abstract

본 발명은 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는데 사용되는 인듐인산염을 주성분으로 하는 촉매계 및 이를 이용하여 아크롤레인을 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 촉매계는 하기 일반식 1로 표시되는 촉매 성분을 포함한다:
[일반식 1]
InxPyOa
(여기서,
In : P의 몰비는 x : y = 1 : 1~3에서 선택되며;
a는 다른 원소에 결합된 산소의 양으로 그의 산화 상태에 상응된다).
The present invention relates to a catalyst system comprising indium phosphate as a main component used for producing acrolein from glycerol and a method for producing acrolein using the same, wherein the catalyst system of the present invention comprises a catalyst component represented by the following general formula 1:
[Formula 1]
In x P y O a
(here,
The molar ratio of In: P is selected from x: y = 1: 1 to 3;
a corresponds to the oxidation state thereof with the amount of oxygen bound to the other element).

Description

글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는데 사용되는 촉매계 및 이를 이용하여 아크롤레인을 제조하는 방법{CATALYST SYSTEM FOR PRODUCING ACROLEIN FROM GLYCEROL AND THE METHOD OF PRODUCING ACROLEIN BY USING SAID CATALYST SYSTEM}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a catalyst system used for producing acrolein from glycerol, and a method for producing acrolein using the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는데 사용되는 신규한 촉매계에 관한 것이다.The present invention relates to a novel catalyst system used to prepare acrolein from glycerol.

또한, 본 발명은 신규한 촉매계를 사용하여 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention also relates to a process for preparing acrolein from glycerol using a novel catalyst system.

아크롤레인(acrolein)은 불포화알데하이드의 하나로, 화학식 CH2=CHCHO인무색액체이다. 공기 중에서 쉽게 산화되고 장시간 보존하면 중합하여 수지상 물질로 변하며, 유기합성의 원료로 사용된다.Acrolein is one of the unsaturated aldehydes and is a coloring liquid of the formula CH 2 = CHCHO. It is easily oxidized in the air and preserved for a long time to polymerize into a dendritic material, which is used as a raw material for organic synthesis.

이러한 아크롤레인의 제조는 프로필렌을 출발 원료로 하고 촉매를 사용하여 기상 산화하는 방법이 일반적인 공업적 제조법으로 채용되어 왔다. 그러나, 최근 화석 자원에 의존하지 않고 바이오 자원으로부터 연료나 유기 제품을 제조하는 방법이 요청되고 있으며, 그 중 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는 방법에 대한 연구가 지속적으로 되고 있다.The production of such acrolein has been employed as a general industrial production method in which propylene is used as a starting material and a gas phase oxidation is carried out using a catalyst. However, recently, there has been a demand for a method of manufacturing fuels or organic products from biomass resources without depending on fossil resources, and a method for producing acrolein from glycerol has been continuously studied.

이러한 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는 방법으로는 철인산염을 사용하여 제조하는 것이 일반적이며, 이러한 방법으로는 공개특허공보 제2010-0059891호, 공개특허공보 제2007-0104413호, 일본공개특허공보 특개평 6-211724호, 미국공개특허공보 제2011/0136954호 등의 특허 문헌 및, 문헌[Journal of Molecular Catalysis A Chemical 309 (2009), p71-78], 문헌[Catalysis Today 157 (2010), p351-358] 및 문헌[Applied Catalysis A: General Vol. 378 (2010), p11-18] 등의 일반 문헌에도 개시되어 있다.As a method for producing acrolein from glycerol, iron phosphate is generally used to produce acrolein. Such methods are disclosed in JP-A-2010-0059891, JP-A-2007-0104413, JP-A- (Catalysis Today 157 (2010), p351-358), which is incorporated by reference herein in its entirety, such as those disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 2006-011724, U.S. Patent Application Publication No. 2011/0136954 and the like, Journal of Molecular Catalysis A Chemical 309 And Applied Catalysis A: General Vol. 378 (2010), p11-18].

구체적으로 공개특허공보 제2010-0059891호에는 산소, 철과 인 등을 포함하는 철인산염인 촉매계를 사용하여 질소 환경하에서 글리세롤의 탈수에 의해 아크롤레인을 제조하는 방법을 개시하고 있다.Specifically, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-0059891 discloses a method for producing acrolein by dehydration of glycerol under a nitrogen atmosphere using a catalyst system of iron phosphate including oxygen, iron and phosphorus.

또한, 공개특허공보 제2007-0104413호에는 280℃에서 40% 나피온(Nafion)/SiO2에서 ZrO2, 또는 TiO2 및 SnO2를 사용하여 글리세롤의 탈수에 의해 아크롤레인을 제조하는 방법을 개시하고 있다.In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-0104413 discloses a method for producing acrolein by dehydration of glycerol using ZrO 2 , or TiO 2 and SnO 2 at 40 ° C in Nafion / SiO 2 at 280 ° C have.

또한, 일본공개특허공보 특개평6-211724호에는 글리세린/물 혼합물을 액상 또는 기상 중에서 고체 촉매에 접촉시키는 반응을 통해 탈수 반응에 의해 글리세린으로부터 아크롤레인을 수득하는 방법을 개시하고 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-211724 discloses a method of obtaining acrolein from glycerol by a dehydration reaction through a reaction in which a glycerin / water mixture is contacted with a solid catalyst in a liquid phase or a vapor phase.

또한, 미국공개특허공보 제2011/0136954호에는 산성 촉매하에 글리세롤 수용액으로부터 글리세롤을 탈수하여 아크롤레인 및 물의 혼합물을 제조하고, 이를 수세, 건조 분자 증류 및 활성화하여 회수하는 단계를 포함하는 아크롤레인의 제조 방법을 개시하고 있다.In addition, U.S. Patent Publication No. 2011/0136954 discloses a method for producing acrolein by dehydrating glycerol from an aqueous glycerol solution under an acidic catalyst to prepare a mixture of acrolein and water, Lt; / RTI >

또한, 문헌[Journal of Molecular Catalysis A Chemical 309 (2009), p71-78]에는 100wt%의 PO4, 15wt%의 H3PO4에 지지체를 x-Al2O3, TiO2-Antas를 사용하여 글리세린으로부터 아크롤레인을 수득하는 방법을 개시하고 있다.In addition, a support of 100 wt% of PO 4 and 15 wt% of H 3 PO 4 was supported by x-Al 2 O 3 and TiO 2 -Antas in Journal of Molecular Catalysis A Chemical 309 (2009), p 71-78, Discloses a process for obtaining acrolein from glycerin.

그러나, 상기 방법에 의하더라도, 여전히 부생성물로서 히드록시프로판온, 프로판알데히드, 아세트알데히드, 아세톤 등이 아크롤레인과 함께 생성되고 있으며, 사용되는 촉매 역시 반복해서 사용할 경우 아크롤레인의 선택성이 현저하게 나빠지는 문제점이 존재한다.However, even with the above-mentioned method, hydropropylene, propaldehyde, acetaldehyde, acetone and the like are still produced as by-products together with acrolein, and the catalyst used also has a problem in that the selectivity of acrolein is remarkably deteriorated Lt; / RTI >

따라서, 부생성물의 생성을 억제시켜 목적하는 아크롤레인의 전환율 및 선택성을 보다 향상시키고, 반복 사용하더라도 아크롤레인 전환율 및 선택성이 유지되는 촉매계 및 아크롤레인을 제조하는 방법에 관하여 여전히 개발할 필요성이 있다.
Therefore, there is still a need to develop a catalyst system in which production of byproducts is suppressed to further improve the conversion and selectivity of the desired acrolein, and the acrolein conversion and selectivity are maintained even after repeated use, and a method for producing acrolein.

본 발명은 글리세롤로부터 아크롤레인의 선택성 및 전환율을 향상시키고, 반복 사용시에도 선택성 및 전환율이 유지되는 인듐인산염을 주성분으로 한 촉매계를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a catalyst system comprising indium phosphate as a main component which improves selectivity and conversion of acrolein from glycerol and maintains selectivity and conversion ratio even in repeated use.

또한, 본 발명은 상기 촉매계를 사용하여 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention also provides a method for producing acrolein from glycerol using the catalyst system.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하기와 같은 인듐인산염을 주성분으로하는 촉매계 및 이를 이용하여 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a catalyst system comprising indium phosphate as a main component as described below, and a method for producing acrolein from glycerol using the catalyst system.

(1) 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는데 사용되는 촉매계로, 하기 일반식 1로 표시되는 촉매 성분을 포함하는 촉매계:(1) A catalyst system used for producing acrolein from glycerol, comprising: a catalyst system comprising a catalyst component represented by the following general formula 1:

[일반식 1][Formula 1]

InxPyOa In x P y O a

(여기서, In : P의 몰비는 x:y = 1 : 1~3에서 선택되며; a는 다른 원소에 결합된 산소의 양으로 그의 산화 상태에 상응된다).(Wherein the molar ratio of In: P is selected from x: y = 1: 1 to 3; a is the amount of oxygen bound to the other element and corresponds to its oxidation state).

(2) 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는데 사용되는 촉매계로, 하기 일반식 2로 표시되는 촉매 성분을 포함하는 촉매계:(2) a catalyst system used for producing acrolein from glycerol, comprising a catalyst component represented by the following general formula 2:

[일반식 2][Formula 2]

InxMzPyOa In x M z P y O a

(여기서, M은 알칼리금속, 알칼리토금속, Fe, Nb, Cu 및 Co로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 나타내며; In : M의 몰비는 x:z = 1 : 0.1~10 에서 선택되며; (In+M) : P의 몰비는 (x+z):y = 1 : 1~3에서 선택되며; a는 다른 원소에 결합된 산소의 양으로 그의 산화 상태에 상응된다). Wherein M represents at least one metal selected from the group consisting of an alkali metal, an alkaline earth metal, Fe, Nb, Cu and Co; a molar ratio of In: M is selected from x: z = 1: 0.1 to 10; In + M): The molar ratio of P is selected from (x + z): y = 1: 1 to 3; a is the amount of oxygen bound to the other element and corresponds to its oxidation state.

(3) 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는 방법으로서, 상기 일반식 1 또는 2로 표시되는 촉매 성분을 포함하는 촉매계의 존재 하에서 수행되는 방법.(3) A process for producing acrolein from glycerol, which process is carried out in the presence of a catalyst system comprising a catalyst component represented by the general formula (1) or (2).

(4) 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는 방법으로서, 상기 일반식 1 또는 2로 표시되는 촉매 성분을 포함하는 촉매계의 존재하에서 수소 가스를 포함하는 반응기 내에서 수행되는 방법.(4) A process for producing acrolein from glycerol, which process is carried out in a reactor containing hydrogen gas in the presence of a catalyst system comprising a catalyst component represented by the general formula (1) or (2).

(5) 상기 일반식 1 또는 2로 표시되는 촉매 성분을 포함하는 촉매계를 2회 이상 반복해서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법. (5) The method according to (1) or (2), wherein the catalyst system comprising the catalyst component is repeatedly used at least twice.

본 발명의 인듐인산염 촉매계를 사용함으로써, 글리세롤로부터 아크롤레인의 선택성 및 전환율을 향상시키고, 장시간 또는 반복 사용시에도 아크롤레인의 선택성 및 전환율이 유지되는 효과를 가진다.
The use of the indium phosphate catalyst system of the present invention improves the selectivity and conversion of acrolein from glycerol and maintains selectivity and conversion of acrolein even during prolonged or repeated use.

본 발명의 인듐인산염 촉매계를 사용함으로써, 글리세롤로부터 아크롤레인의 선택성 및 전환율을 향상시키고, 장시간 또는 반복 사용시에도 아크롤레인의 선택성 및 전환율이 유지되는 효과를 가진다.
The use of the indium phosphate catalyst system of the present invention improves the selectivity and conversion of acrolein from glycerol and maintains selectivity and conversion of acrolein even during prolonged or repeated use.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에서 사용되는 촉매계는 글리세롤을 탈수시켜 아크롤레인을 제조할 때 사용되는 촉매계로서, 인듐인산염을 주성분으로 하는 촉매 성분을 포함하고 있다. The catalyst system used in the present invention is a catalyst system used when dehydrating glycerol to produce acrolein, and includes a catalyst component containing indium phosphate as a main component.

본 발명에서 사용되는 촉매 성분으로는 하기 일반식 1로 표시되는 촉매 성분이 바람직하다.The catalyst component used in the present invention is preferably a catalyst component represented by the following general formula (1).

[일반식 1][Formula 1]

InxPyOa In x P y O a

여기서, here,

In : P의 몰비는 x:y = 1 : 1~3에서 선택되며; a는 다른 원소에 결합된 산소의 양으로 그의 산화 상태에 상응되며, 바람직하게는 a는 1 내지 12의 값을 가진다.The molar ratio of In: P is selected from x: y = 1: 1 to 3; a corresponds to the oxidation state thereof with the amount of oxygen bound to the other element, preferably a has a value of 1 to 12. [

또한, 본 발명에서 사용되는 촉매 성분으로는 필수 구성으로 인듐 및 인 이외에도 알칼리 금속, 알칼리 토금속, Fe, Nb, Cu 및 Co로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속 M을 더 포함할 수 있다. 여기서, 알칼리 금속은 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr 등을 포함하고, 알칼리 토금속은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 등을 포함한다.The catalyst component used in the present invention may further contain at least one metal M selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, Fe, Nb, Cu and Co in addition to indium and phosphorus as essential components. The alkali metals include Li, Na, K, Rb, Cs, and Fr, and the alkaline earth metals include Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra.

이와 같이 2 이상의 금속 성분을 포함하는 촉매 성분으로는 하기 일반식 2로 표시되는 촉매 성분이 바람직하다.The catalyst component containing two or more metal components is preferably a catalyst component represented by the following general formula (2).

[일반식 2][Formula 2]

InxMzPyOa In x M z P y O a

여기서, here,

M은 알칼리금속, 알칼리토금속, Fe, Nb, Cu 및 Co로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 나타내며; In : M의 몰비는 x:z = 1 : 0.1~10에서 선택되며; (In+M) : P의 몰비 (x+z) : y = 1 : 1~3에서 선택되며; a는 다른 원소에 결합된 산소의 양으로 그의 산화 상태에 상응되며, 바람직하게는 a는 1 내지 12의 값을 가진다.M represents at least one metal selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, Fe, Nb, Cu and Co; The molar ratio of In: M is selected from x: z = 1: 0.1 to 10; (In + M): the molar ratio of P (x + z): y = 1: 1 to 3; a corresponds to the oxidation state thereof with the amount of oxygen bound to the other element, preferably a has a value of 1 to 12. [

본 발명의 촉매계는 지지체를 더 포함할 수 있으며, 바람직한 지지체로는 실리카, 알루미나, 산화티탄, 실리콘 카바이트, 실리케이트, 보레이트, 카보네이트 등이 있으며, 보다 바람직한 지지체로는 알루미나이다. 지지체는 단독으로 또는 둘 이상의 복합체나 혼합물로 사용될 수 있으며, 촉매 성분이 지지체에 담지됨으로써, 촉매 성분을 보다 유용하게 활용할 수 있다. The catalyst system of the present invention may further include a support. Preferable supports include silica, alumina, titanium oxide, silicon carbide, silicate, borate, carbonate and the like. A more preferred support is alumina. The support may be used alone or in combination of two or more, and the catalyst component is supported on the support, so that the catalyst component can be utilized more advantageously.

촉매 성분은 촉매계 전체의 중량의 30 내지 50중량%가 바람직하며, 지지체는 촉매계 전체의 중량의 50 내지 70중량%가 바람직하다.The catalyst component is preferably 30 to 50 wt% of the total weight of the catalyst system, and the support is preferably 50 to 70 wt% of the total weight of the catalyst system.

촉매계의 형상으로는 특별한 제한은 없고 부정형인 과립이나 분말이어도 되지만, 기상 반응에 한해서는 필요에 따라 성형 보조제를 병용하여 구형체, 펠렛, 원통체, 막대 등으로 성형하여 사용할 수 있다. 또한, 성형한 촉매계의 크기는 10~500 mesh가 바람직하고, 20~50 mesh가 보다 바람직하다.The shape of the catalyst system is not particularly limited, and may be amorphous granules or powder. However, for gas phase reaction, a shaping aid may be used in combination with a spherical body, a pellet, a cylindrical body, a rod or the like. The size of the formed catalyst system is preferably 10 to 500 mesh, more preferably 20 to 50 mesh.

본 발명의 촉매계의 제조 방법에는 특별한 제한은 없다. 상기 배경기술에서 언급된 선행 문헌에 기재된 통상의 방법으로 본 발명의 촉매계의 제조가 가능하다.The production method of the catalyst system of the present invention is not particularly limited. It is possible to produce the catalyst system of the present invention by the conventional method described in the prior art mentioned in the background art.

본 발명은 상기 일반식 1 또는 일반식 2로 표시되는 촉매 성분을 포함하는 촉매계를 사용하여 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a process for producing acrolein from glycerol using a catalyst system comprising a catalyst component represented by the general formula (1) or (2).

본 발명의 방법은 특히 수소 가스를 포함하는 반응기 내에서 실시하는 것이 바람직하다. 수소 가스를 포함하는 반응기 내에서 제조할 경우 질소 분위기에서 제조할 경우에 비해 부산물의 생성을 줄임으로써 글리세롤 전환율 및 아크롤레인 선택도 등의 결과가 우수하다. 또한, 카본 침적 등이 생겨나지 않아 촉매 활성을 유지시킴에 따라 촉매 수명 역시 길어지게 된다. 다만, 필요에 따라 반응기는 산소 가스, 질소 가스, 이산화탄소 가스 및 불활성 가스로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 가스를 더 포함 할 수 있다.The method of the present invention is particularly preferably carried out in a reactor comprising a hydrogen gas. In the case of the production in a reactor containing hydrogen gas, the yield of glycerol conversion and acrolein selectivity are excellent by reducing the production of byproducts as compared with the case of production in a nitrogen atmosphere. Further, since the carbon deposition does not occur and the catalytic activity is maintained, the catalyst life also becomes longer. However, if necessary, the reactor may further include at least one gas selected from the group consisting of an oxygen gas, a nitrogen gas, a carbon dioxide gas, and an inert gas.

본 발명에 따른 방법은 기체상 또는 액체상에서 수행될 수 있으며, 기체상에서 적용되는 것이 보다 바람직하다. 반응을 기체 상에서 수행하는 경우, 고정상, 유동상, 순환 유동상, 이동상 등 여러 가지 반응기가 존재한다.The process according to the invention can be carried out in a gaseous or liquid phase, more preferably applied in a gaseous phase. When the reaction is carried out in the gas phase, there are various reactors such as stationary phase, fluidized bed, circulating fluidized bed, mobile phase and the like.

액체상에서 반응을 실시할 때에는 고체 촉매용의 일반적인 액상 반응기에서 실시할 수 있다. 글리세롤의 비점(290℃)과 아크롤레인의 비점(53℃)의 차이가 크기 때문에, 생산되는 아크롤레인의 연속적인 증류를 가능하게 하는 비교적 낮은 온도에서 운전하는 것이 바람직하다.The reaction in the liquid phase can be carried out in a typical liquid phase reactor for solid catalysts. Since the difference between the boiling point (290 DEG C) of glycerol and the boiling point (53 DEG C) of acrolein is large, it is preferable to operate at a relatively low temperature which enables continuous distillation of the produced acrolein.

기체상 반응 및 액체상 반응에서의 반응기 내의 온도는 100 내지 500℃이나, 액체상 반응에서의 보다 바람직한 반응기 내의 온도는 150 내지 300℃이다. 고압에서는 기화된 글리세롤이 재액화될 우려가 있으며 또한 탄소 석출이 촉진되어 촉매의 수명이 짧아질 가능성이 있다.The temperature in the reactor in the gas phase reaction and the liquid phase reaction is 100 to 500 ° C, but the temperature in the reactor is more preferably 150 to 300 ° C. At high pressure, vaporized glycerol may be re-liquefied, and carbon precipitation may be promoted, resulting in a shortened catalyst life.

반응물 중 글리세롤은 글리세롤 수용액 형태로 제공되는 것이 바람직하다. 글리세롤 수용액 중 글리세롤은 5 내지 90중량%의 범위가 바람직하고, 10 내지 50중량%의 범위가 보다 바람직하다. 글리세롤의 농도가 지나치게 높으면 글리세롤 에테르가 생성되거나 생성된 불포화 알데히드나 불포화 카르복실산과 글리세롤이 반응하는 문제점이 있으며, 또한 글리세롤을 기화시키기 위하여 많은 양의 에너지가 필요로 하기 때문에 바람직하지 않다.It is preferred that the glycerol in the reaction be provided in the form of an aqueous glycerol solution. The glycerol content in the glycerol aqueous solution is preferably in the range of 5 to 90 wt%, more preferably in the range of 10 to 50 wt%. When the concentration of glycerol is too high, there is a problem that glycerol ether is produced or generated, unsaturated aldehyde or unsaturated carboxylic acid reacts with glycerol, and it is not preferable because a large amount of energy is required to vaporize glycerol.

본 발명에 따라 아크롤레인을 제조한 후에 사용된 촉매계는 재생하여 사용할 수 있다.The catalyst system used after producing acrolein according to the present invention can be regenerated and used.

본 발명에 따른 아크롤레인의 제조 방법에서 반응기 내의 온도, 압력, 시간 등의 제조 조건은 반복적인 실험을 통한 최적의 조건을 실험적으로 구한 것으로써 각 조건의 상한이나 하한에 따른 문제점들은 고려하지 않았으며, 본 발명이 이루고자 하는 목적에 최적이라고 여겨지는 조건을 기재한 것으로 이해될 수 있다.In the method for producing acrolein according to the present invention, the production conditions such as temperature, pressure, and time in the reactor were obtained experimentally through repeated experiments. Therefore, problems due to the upper limit and lower limit of each condition were not considered, It can be understood that the conditions which are considered optimal for the purpose of the present invention are described.

이하, 본 발명을 실시예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and the present invention is not limited by the following examples, but may be variously modified and changed.

[실시예][Example]

인듐인산염Indium phosphate 촉매계의Catalytic 제조 Produce

먼저, 탈이온수에 α-알루미나(α-Alumina) 15g을 분산시켰다. 다음으로 In(NO3)33H2O 25.37g을 탈이온수에 녹인 용액(용액 A)과 85% H3PO4 14.01g을 탈이온수에 녹인 용액(용액 B)을 준비한 후,알루미나가 분산된 용액에 용액 B를 점적하여 공침 과정을 수행한 후, 1시간 동안 교반시켰다. 그 후, 교반된 용액에 용액 A를 추가로 점적한 후 1~2시간 동안 교반시키면서, 용액 중 대부분의 증류수를 증발시켰다. 이를 다시, 마이크로웨이브(Micro wave)로 건조시키고, 그 후 120℃에서 12시간 동안 건조시켰다. 건조된 케익을 분말화하고 타정법으로 성형하였다. 얻어진 성형체를 20~40mesh 크기로 분리시킨 후, 공기 분위기 하에서 400℃, 5시간 동안 소성시켜 인듐인산염 촉매계를 제조하였다.First, 15 g of? -Alumina was dispersed in deionized water. Next, a solution (solution A) in which 25.37 g of In (NO 3 ) 3 3 H 2 O was dissolved in deionized water and 85% H 3 PO 4 (Solution B) was prepared. Then, solution B was added to the alumina-dispersed solution, followed by coprecipitation, followed by stirring for 1 hour. Then, the solution A was further added to the stirred solution, and most of the distilled water in the solution was evaporated while stirring for 1 to 2 hours. It was again dried with a microwave and then dried at 120 ° C for 12 hours. The dried cake was pulverized and formed into tablets. The obtained molded body was separated into a size of 20 to 40 mesh, and then calcined at 400 DEG C for 5 hours in an air atmosphere to prepare an indium phosphate catalyst system.

상기와 동일한 조건 및 방법으로 In의 비율의 조정, 또는 Fe 및/또는 Li 성분을 추가하여 여러 촉매계를 제조하였으며, 이를 하기 표 1에 정리하였다.Various catalyst systems were prepared by adjusting the ratio of In or by adding Fe and / or Li components under the same conditions and methods as described above.

제조예 1 Production Example 1 50% InPO4/α-alumina (In/P 몰비 = 1:1.7) 50% InPO 4 / α-alumina (In / P molar ratio = 1: 1.7) 제조예 2 Production Example 2 50% InFePO4/α-alumina (In/Fe/P 몰비 = 0.1:0.9:1.84)50% InFePO 4 / α-alumina (In / Fe / P molar ratio = 0.1: 0.9: 1.84) 제조예 3 Production Example 3 50% InFePO4/α-alumina (In/Fe/P 몰비 = 0.2:0.8:1.84) 50% InFePO 4 / α-alumina (In / Fe / P molar ratio of 0.2: 0.8: 1.84) 제조예 4 Production Example 4 50% InFePO4/α-alumina (In/Fe/P 몰비 = 0.4:0.6:1.84)50% InFePO 4 / α-alumina (In / Fe / P molar ratio = 0.4: 0.6: 1.84) 제조예 6 Production Example 6 50% LiInFePO4/α-alumina (Li/In/Fe/P 몰비 = 0.05:0.2:0.8:1.84)50% LiInFePO 4 / α-alumina (Li / In / Fe / P molar ratio = 0.05: 0.2: 0.8: 1.84)

실시예Example 1 One

상기 제조예 1의 촉매계인 InPO4/α-Alumina(In/P 몰비 = 1:1.7) 촉매계 4g을 1/2˝ 관형 반응기에 충진하고 5% 수소 분위기하에서 400℃에서 반응시켰다. 그 후, 250~300℃의 온도와, 상압에서 30중량%의 글리세롤 수용액을 질소(600ml/hr)와 함께 공급하면서 연속 반응을 수행하였다. 4 g of the catalyst system of InPO 4 / α-Alumina (In / P molar ratio = 1: 1.7) as the catalyst system of Preparation Example 1 was charged in a 1 / 2˝ tubular reactor and reacted at 400 ° C. under a hydrogen atmosphere of 5%. Thereafter, a continuous reaction was carried out while supplying a glycerol aqueous solution of 30 wt% at a temperature of 250 to 300 ° C and normal pressure together with nitrogen (600 ml / hr).

생성물은 가스 크로마토그래프에 의해 정량 분석을 실시하였다. 하기 수학식 1 또는 2에 의해 글리세롤의 전환율(%) 및 생성물(아크롤레인 및 아세톨)의 선택성(%)을 산출하였다.The product was quantitatively analyzed by gas chromatography. The conversion (%) of glycerol and the selectivity (%) of the products (acrolein and acetol) were calculated by the following formula (1) or (2).

[수학식 1][Equation 1]

글리세롤의 전환율(%) = (반응한 글리세롤 몰수/공급한 글리세롤 몰수)X100Conversion rate of glycerol (%) = (mole of glycerol reacted / mole of glycerol supplied) X100

[수학식 2]&Quot; (2) "

생성물의 선택성(%) = (생성물의 몰수/반응한 글리세롤 몰수)X100
Product selectivity (%) = (moles of product / mole of glycerol reacted) X100

실시예 2 내지 6Examples 2 to 6

상기 제조예 2 내지 6의 촉매계를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에 기재된 방법과 동일한 방법으로 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하여, 시간에 따른 글리세롤의 전환율(%) 및 생성물(아크롤레인 및 아세톨)의 선택성(%)을 산출하였다.
Acrolein was prepared from glycerol in the same manner as described in Example 1, except that the catalyst systems of Production Examples 2 to 6 were used, and conversion of glycerol (%) over time and selectivity of products (acrolein and acetol) (%) Was calculated.

아크롤레인의 전환율(%) 및 선택성(%) 결과Conversion (%) and selectivity (%) results of acrolein

상기 실시예 1 내지 6의 방법에 따라 수득된 아크롤레인의 전환율(%) 및 아크롤레인과 아세톨의 선택성(%)을 하기 표 2에 정리하였다. The conversion (%) of acrolein and the selectivity (%) of acrolein and acetol obtained according to the methods of Examples 1 to 6 are summarized in Table 2 below.

촉매
조성
catalyst
Furtherance
반응
가스
reaction
gas
반응시간
(Hr)
Reaction time
(Hr)
반응온도
(℃)
Reaction temperature
(° C)
전환율(%)Conversion Rate (%) 선택성(%)Selectivity (%)
아크롤레인Acrolein 아세톨Acetol 실시예1Example 1 제조예1Production Example 1 수소Hydrogen 22 280280 100100 88.188.1 8.88.8 2424 300300 100100 84.184.1 11.611.6 실시예2Example 2 제조예2Production Example 2 수소Hydrogen 22 280280 100100 88.188.1 2.62.6 2424 300300 99.499.4 83.583.5 12.512.5 5050 300300 97.997.9 82.882.8 12.412.4 실시예3Example 3 제조예3Production Example 3 수소Hydrogen 22 280280 86.686.6 94.294.2 00 2424 300300 90.790.7 79.079.0 11.311.3 5050 300300 100100 85.285.2 11.811.8 실시예4Example 4 제조예4Production Example 4 수소Hydrogen 22 280280 100100 89.689.6 4.94.9 2424 300300 100100 86.486.4 9.49.4 5050 300300 100100 87.287.2 9.99.9 실시예5Example 5 제조예5Production Example 5 수소Hydrogen 22 280280 100100 94.594.5 1.21.2 2424 300300 100100 83.983.9 10.210.2

상기 표 2를 통해, 본 발명의 촉매계를 사용할 경우 글리세롤로부터 높은 전환율(%)과 선택성(%)으로 아크롤레인을 수득할 수 있다는 것을 알 수 있다.From Table 2 above, it can be seen that acrolein can be obtained from glycerol with high conversion (%) and selectivity (%) when using the catalyst system of the present invention.

또한, 반응 시간이 길어짐에도 아크롤레인의 전환율(%)과 선택성(%)이 유지됨을 알 수 있다.
Also, it can be seen that the conversion (%) and selectivity (%) of acrolein are maintained even if the reaction time is prolonged.

비교예 1 내지 3Comparative Examples 1 to 3

수소 분위기 대신 질소 분위기 하에서 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1 내지 3에 기재된 방법과 동일한 방법으로 제조예 1 내지 3의 촉매계를 사용하여 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하고, 시간에 따른 글리세롤의 전환율(%) 및 생성물(아크롤레인 및 아세톨)의 선택성(%)을 산출하였다.
Acrolein was prepared from glycerol using the catalyst systems of Production Examples 1 to 3 in the same manner as in the methods described in Examples 1 to 3 except that the catalyst was prepared in a nitrogen atmosphere instead of a hydrogen atmosphere and the conversion of glycerol %) And selectivity (%) of the products (acrolein and acetol) were calculated.

아크롤레인의 전환율(%) 및 선택성(%) 결과Conversion (%) and selectivity (%) results of acrolein

상기 비교예 1 내지 3의 방법에 따라 수득된 아크롤레인의 전환율(%) 및 아크롤레인과 아세톨의 선택성(%)을 하기 표 3에 정리하였다. The conversion (%) of acrolein and the selectivity (%) of acrolein and acetol obtained according to the methods of Comparative Examples 1 to 3 are summarized in Table 3 below.

촉매
조성
catalyst
Furtherance
반응
가스
reaction
gas
반응시간(Hr)Reaction time (Hr) 반응온도
(℃)
Reaction temperature
(° C)
전환율(%)Conversion Rate (%) 선택성(%)Selectivity (%)
아크롤레인Acrolein 아세톨Acetol 비교예1Comparative Example 1 제조예1Production Example 1 질소nitrogen 22 280280 77.477.4 63.963.9 22.122.1 5050 300300 96.096.0 68.468.4 21.521.5 비교예2Comparative Example 2 제조예2Production Example 2 질소nitrogen 22 280280 100100 87.987.9 00 5050 280280 95.595.5 64.464.4 13.713.7

상기 표 2 및 3을 비교해보면, 동일한 촉매계를 사용한 경우라도 질소 분위기에 비해 수소 분위기에서 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조할 경우 더 높은 아크롤레인 전환율(%)과 선택성(%)이 나타남을 알 수 있다.Comparing Tables 2 and 3, it can be seen that higher acrolein conversion (%) and selectivity (%) are obtained when acrolein is produced from glycerol in a hydrogen atmosphere compared to nitrogen atmosphere even when the same catalyst system is used.

Claims (9)

글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는데 사용되는 촉매계로, 하기 일반식 1로 표시되는 촉매 성분을 포함하는 촉매계:
[일반식 1]
InxPyOa
(여기서,
x : y = 1 : 1~3 이며;
a는 다른 원소에 결합된 산소의 양으로 그의 산화 상태에 상응된다).
A catalyst system used for producing acrolein from glycerol, comprising: a catalyst system comprising a catalyst component represented by the following general formula:
[Formula 1]
In x P y O a
(here,
x: y = 1: 1 to 3;
a corresponds to the oxidation state thereof with the amount of oxygen bound to the other element).
제 1 항에 있어서,
상기 촉매 성분이 금속 M을 더 포함하고 하기 일반식 2로 표시되는, 촉매계:
[일반식 2]
InxMzPyOa
(여기서,
M은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, Fe, Nb, Cu 및 Co로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 나타내며;
x:z = 1 : 0.1~10 이며;
(x+z):y = 1 : 1~3 이며;
a는 다른 원소에 결합된 산소의 양으로 그의 산화 상태에 상응된다).
The method according to claim 1,
Wherein the catalyst component further comprises a metal M and is represented by the following general formula 2:
[Formula 2]
In x M z P y O a
(here,
M represents at least one metal selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, Fe, Nb, Cu and Co;
x: z = 1: 0.1 to 10;
(x + z): y = 1: 1 to 3;
a corresponds to the oxidation state thereof with the amount of oxygen bound to the other element).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 촉매계가 실리카, 알루미나, 산화티탄, 실리콘 카바이트, 실리케이트, 보레이트 및 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 지지체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매계.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the catalyst system further comprises at least one support selected from the group consisting of silica, alumina, titanium oxide, silicon carbide, silicate, borate and carbonate.
제 1 항 또는 제 2 항의 촉매계를 사용하여, 글리세롤로부터 아크롤레인을 제조하는 방법.A process for producing acrolein from glycerol, using the catalyst system of claim 1 or 2. 제 4 항에 있어서,
상기 방법이 수소 가스를 포함하는 반응기 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method of claim 4,
Characterized in that the process is carried out in a reactor comprising hydrogen gas.
제 5 항에 있어서,
상기 반응기가 수증기, 산소 가스, 질소 가스, 이산화탄소 가스 및 불활성 가스로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the reactor further comprises at least one gas selected from the group consisting of steam, oxygen gas, nitrogen gas, carbon dioxide gas and inert gas.
제 5 항에 있어서,
상기 반응기 내의 온도가 100 내지 500℃인 것을 특징으로 하는 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the temperature in the reactor is between 100 and < RTI ID = 0.0 > 500 C. < / RTI >
제 4 항에 있어서,
상기 방법이 액체상 또는 기체상에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method of claim 4,
Characterized in that the process is carried out in a liquid phase or a gas phase.
제 4 항에 있어서,
상기 촉매계를 2회 이상 반복해서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the catalyst system is repeatedly used at least twice.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4381411A (en) * 1981-06-22 1983-04-26 The Standard Oil Company Production of methacrolein from isobutyraldehyde utilizing promoted iron phosphorus oxide catalysts
KR20110004872A (en) * 2008-04-16 2011-01-14 아르끄마 프랑스 Process for manufacturing acrolein or acrylic acid from glycerin

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KR20110004872A (en) * 2008-04-16 2011-01-14 아르끄마 프랑스 Process for manufacturing acrolein or acrylic acid from glycerin

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